FR3050882A1 - ELECTRICAL NETWORK OF AN AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
Réseau électrique (1) d'un aéronef comprenant : - un réseau continu haute tension HVDC (10), - une charge (4) - une batterie d'accumulation d'énergie électrique (5). Le réseau comprend un convertisseur (3) permettant de transférer l'énergie du réseau continu haute tension HVDC (10) vers la charge (4) et la batterie (5), ledit convertisseur comprenant au moins trois ports (A, B, C) dont un premier port (A) est banché au réseau continu haute tension HVDC (10), dont un deuxième port (B) est branché à la charge (4) et dont un troisième port (C) est branché à la batterie (5).Electrical network (1) of an aircraft comprising: - a high voltage HVDC network (10), - a load (4) - an electric energy storage battery (5). The network comprises a converter (3) for transferring energy from the HVDC high-voltage network (10) to the load (4) and the battery (5), said converter comprising at least three ports (A, B, C) a first port (A) of which is connected to the HVDC high-voltage network (10), a second port (B) of which is connected to the load (4) and a third port (C) of which is connected to the battery (5) .
Description
RESEAU ELECTRIQUE D’UN AERONEF L’invention concerne les réseaux électriques des aéronefs et plus particulièrement la conversion de puissance électrique dans le réseau électrique d’un aéronef. A ce jour, de nombreux aéronefs utilisent des réseaux 28 V continu ou 28 Vdc. Ces réseaux sont connus sous le nom de LVDC pour leur abréviation anglo-saxonne : Low Voltage Direct Current. Ces réseaux sont incontournables car ils alimentent tous les équipements de contrôle de l’avion formant des charges.The invention relates to the electrical networks of aircraft and more particularly the conversion of electrical power in the electrical network of an aircraft. To date, many aircraft use 28 V DC or 28 VDC networks. These networks are known by the name of LVDC for their abbreviation Anglo-Saxon: Low Voltage Direct Current. These networks are essential because they feed all the control equipment of the aircraft forming loads.
Le réseau électrique de l’aéronef comprend également au moins un réseau principal d’alimentation qui est un réseau de bord haute tension continu. Une tension couramment employée est de 115 V continu (Vdc) mais on envisage également des tensions de 540 Vdc et de 230 Vdc. Ces réseaux sont connus sous le nom de HVDC pour leur abréviation de l’expression anglo-saxonne : High Voltage Direct Current. En fonctionnement normal le réseau électrique de l’aéronef comprend un ou plusieurs convertisseurs de puissance DC/DC. Un tel convertisseur de puissance transforme le HVDC en un réseau LVDC de sorte à alimenter une charge branchée sur le réseau LVDC. L’utilisation de stockage d’énergie sous forme de batteries alimentées par un réseau LVDC est classique pour les réseaux électriques d’avions. En fonctionnement normal la batterie est chargée par un réseau continu basse tension LVDC tout comme la charge branchée sur le réseau LVDC. En fonctionnement de secours, par exemple en cas de panne du réseau HVDC, le réseau LVDC puise directement de l’énergie dans la batterie pour alimenter la charge. La batterie peut aussi être utilisée pour alimenter le réseau HVDC en mode secours via le convertisseur DC/DC.The electrical network of the aircraft also comprises at least one main power supply network which is a continuous high-voltage onboard network. A voltage commonly used is 115 V DC (Vdc) but is also considering voltages of 540 Vdc and 230 Vdc. These networks are known by the name of HVDC for their abbreviation of the Anglo-Saxon term: High Voltage Direct Current. In normal operation the electrical network of the aircraft comprises one or more DC / DC power converters. Such a power converter transforms the HVDC into a LVDC network to power a load connected to the LVDC network. The use of energy storage in the form of batteries powered by a LVDC network is conventional for aircraft electrical networks. In normal operation the battery is charged by a low voltage LVDC network just like the load connected to the LVDC network. In emergency operation, for example in the event of an HVDC network failure, the LVDC network draws energy directly from the battery to power the load. The battery can also be used to power the HVDC network in emergency mode via the DC / DC converter.
Un exemple de réseau électrique d’un aéronef classique est représenté sur la figure 1. Ce réseau comprend une alimentation principale alternative S, 100 alimentant un réseau HVCD, 101, au travers d’un convertisseur alternatif continu AC/DC 102, et au moins une première charge 102c alimentée électriquement au moyen du réseau HVDC, 101. Les premières charges peuvent comprendre des actionneurs électriques notamment pour les trains d’atterrissage ou les commandes de vol comme des actionneurs électromécaniques, électro-hydrauliques ou des actionneurs hydrauliques à secours électrique. Le réseau électrique comprend également un réseau basse tension LVDC, 103 permettant d’alimenter une deuxième charge 104 et une batterie de secours 105. Un convertisseur continu/continu abaisseur DC/DC 106 permet d’alimenter le réseau continu basse tension LVDC, 103 à partir du réseau continu haute tension HVDC, 101. Le convertisseur DC/DC 106 est un convertisseur à deux ports, dont un port est relié au réseau HVDC, 101 et dont l’autre port est relié au réseau LVDC 102 auquel sont branchées la batterie de secours 105 et la deuxième charge 104.An example of an electrical network of a conventional aircraft is shown in FIG. 1. This network comprises an AC main power supply S 100 supplying an HVCD network 101 through a DC AC / DC converter 102 and at least a first charge 102c electrically powered by means of the HVDC network, 101. The first charges may comprise electric actuators, in particular for landing gear or flight controls such as electromechanical actuators, electro-hydraulic actuators or hydraulic emergency power actuators. The electrical network also comprises a low-voltage LVDC network 103 for supplying a second load 104 and a backup battery 105. A DC / DC converter DC / DC converter 106 supplies the LVDC low-voltage network 103 to from HVDC high voltage network, 101. The DC / DC converter 106 is a two-port converter, one port is connected to the HVDC network, 101 and the other port is connected to the LVDC network 102 to which are connected the battery 105 and the second load 104.
Or, ce montage présente un certain nombre d’inconvénients. La deuxième charge 104 et la batterie 105 étant montées en parallèle sur un même réseau basse tension LVDC 103, la tension d’alimentation de la deuxième charge 104 est forcément la même que la tension aux bornes de la batterie 105. Si la batterie 105 est déchargée, il peut arriver qu’elle impose une tension plus faible que 28 V aux bornes de la deuxième charge 104 entraînant une hausse du courant circulant dans les câbles reliant électriquement la batterie 105 et la deuxième charge 104 et dans la deuxième charge 104 ce qui impose de sur-dimensionner ces câbles et les constituants de la deuxième charge pour leur permettre de supporter ces forts courants. La masse, le coût et le volume des câbles ainsi que le coût de la deuxième charge peuvent alors devenir considérables ce qui est un problème majeur dans le domaine aéronautique. Autrement dit, il est important de réguler le réseau alimentant la deuxième charge sur 28 Vdc. Afin d’éviter que le niveau de charge de la batterie 105 ne devienne insuffisant pour alimenter la deuxième charge avec une tension de 28 Vdc et réguler le réseau basse tension sur une tension de 28 Vdc, il est possible de prévoir des interrupteurs mécaniques 107, 108, 109, pour diriger l’énergie véhiculée entre le convertisseur DC/DC, le réseau basse tension LVDC et la batterie 105 en fonction de l’état de charge de la batterie, il est également nécessaire de prévoir des commandes associées (non représentées). Cela permet d’éviter les coupures d’alimentation de la charge qui peuvent avoir des conséquences dramatiques dans le domaine aéronautique notamment lorsque la charge comprend un calculateur de vol. Toutefois, la commande de ce type d’architecture est complexe, et ce, d’autant plus que les interrupteurs mécaniques présentent un temps une inertie et donc un temps de réponse importants. Cela pose des problèmes de fiabilité et de coût du réseau électrique.However, this arrangement has a number of disadvantages. The second load 104 and the battery 105 being connected in parallel on the same LVDC low-voltage network 103, the supply voltage of the second load 104 is necessarily the same as the voltage across the battery 105. If the battery 105 is discharged, it may happen that it imposes a voltage lower than 28 V across the second load 104 causing an increase in the current flowing in the cables electrically connecting the battery 105 and the second load 104 and in the second load 104 which imposes to over-size these cables and the components of the second load to enable them to withstand these strong currents. The mass, the cost and the volume of the cables as well as the cost of the second load can then become considerable, which is a major problem in the aeronautical field. In other words, it is important to regulate the network supplying the second load on 28 Vdc. In order to prevent the charge level of the battery 105 from becoming insufficient to supply the second charge with a voltage of 28 Vdc and to regulate the low-voltage network with a voltage of 28 Vdc, it is possible to provide mechanical switches 107, 108, 109, to direct the energy conveyed between the DC / DC converter, the LVDC low-voltage network and the battery 105 according to the state of charge of the battery, it is also necessary to provide associated controls (not shown ). This avoids power supply interruptions that can have dramatic consequences in the aeronautical field especially when the load includes a flight computer. However, the control of this type of architecture is complex, especially since the mechanical switches have a time inertia and therefore a significant response time. This poses problems of reliability and cost of the electricity network.
Un but de l’invention est de limiter ou de supprimer au moins un des inconvénients précités. A cet effet l’invention a pour objet un réseau électrique d’un aéronef comprenant : - un réseau continu haute tension HVDC, - une charge, - une batterie d’accumulation d’énergie électrique.An object of the invention is to limit or eliminate at least one of the aforementioned drawbacks. For this purpose, the subject of the invention is an electrical network of an aircraft comprising: a high-voltage HVDC continuous network; a load; an electric energy storage battery.
Le réseau électrique comprend un convertisseur permettant de transférer l’énergie du réseau continu haute tension HVDC vers la charge et la batterie, ledit convertisseur comprenant au moins trois ports dont un premier port est banché au réseau continu haute tension HVDC, dont un deuxième port est branché à la charge et dont un troisième port est branché à la batterie.The electrical network comprises a converter for transferring the HVDC high-voltage network energy to the load and the battery, said converter comprising at least three ports, a first port of which is connected to the HVDC high-voltage network, a second port of which is connected to the load and a third port is connected to the battery.
Avantageusement, le réseau électrique comprend au moins une des caractéristiques ci-dessous prises seules ou en combinaison : - le convertisseur comprend une isolation galvanique isolant galvaniquement les trois ports les uns des autres, - le troisième port est bidirectionnel en courant, - chacun des trois ports est bidirectionnel en courant, - chacun des trois ports présente une topologie abaisseur-élévateur, - le convertisseur est actif, - les trois ports sont identiques, - le réseau comprend une pluralité de convertisseurs montés en parallèle permettant de transférer l’énergie du réseau continu haute tension HVDC vers la charge et la batterie, chaque convertisseur comprenant au moins trois ports dont un premier port est banché au réseau continu haute tension HVDC, dont un deuxième port est branché à la charge et dont un troisième port est branché à la batterie.Advantageously, the electrical network comprises at least one of the following characteristics taken alone or in combination: the converter comprises a galvanic isolation electrically isolating the three ports from each other, the third port is bidirectional current, each of the three ports is bidirectional in current, - each of the three ports has a step-up top-up, - the converter is active, - the three ports are identical, - the network comprises a plurality of converters connected in parallel for transferring the energy of the network HVDC high-voltage line to the load and the battery, each converter comprising at least three ports whose first port is hooked up to the HVDC high-voltage network, a second port connected to the load and a third port connected to the battery .
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose l'invention au travers d'un mode de réalisation particulier pris comme exemple non limitatif et qui s'appuie sur les figures annexées, figures qui représentent: - la figure 1 déjà décrite un réseau électrique d’un aéronef selon l’art antérieur, - la figure 2 représente schématiquement un exemple de réseau électrique d’un aéronef selon l’invention, - la figure 3 représente schématiquement un exemple de convertisseur DC/DC utilisé dans le réseau électrique selon l’invention. D’une figure à l’autre les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références.The features and advantages of the invention will be better appreciated thanks to the description which follows, description which sets forth the invention through a particular embodiment taken as a non-limiting example and which is based on the appended figures, figures which represent: - Figure 1 already described an electrical network of an aircraft according to the prior art, - Figure 2 schematically shows an example of an electrical network of an aircraft according to the invention, - Figure 3 shows schematically an example of DC / DC converter used in the electrical network according to the invention. From one figure to another, the same elements are designated by the same references.
Sur la figure 1, on a représenté un exemple de réseau électrique 1 d’un aéronef selon l’invention.FIG. 1 shows an example of an electrical network 1 of an aircraft according to the invention.
Ce réseau électrique 1 comprend une source d’alimentation en courant alternatif SO, 12, un convertisseur alternatif/continu AC/DC, 11, un réseau continu haute tension HVDC, 10. Le convertisseur AC/DC, 11, permet de transférer l’énergie délivrée par la source SO, 12 vers un réseau continu haute tension HVDC, 10. Cette tension est par exemple de 540 Vdc, 115 Vdc ou 230 Vdc. Ce réseau continu haute tension peut, mais non nécessairement, alimenter au moins une charge dite haute tension, CH, 13. La charge haute tension peut à titre d’exemple non limitatif, comprendre un ou plusieurs actionneurs électriques et/ou un système de démarrage du groupe auxiliaire de puissance connu sous le nom d’APU pour son abréviation anglo-saxonne : Auxiliary Power Unit.This electrical network 1 comprises an AC power source SO, 12, an AC / DC AC / DC converter, 11, a HVDC high-voltage network, 10. The AC / DC converter, 11, makes it possible to transfer the energy delivered by the source SO, 12 to a HVDC high-voltage network, 10. This voltage is for example 540 Vdc, 115 Vdc or 230 Vdc. This high-voltage continuous network may, but not necessarily, supply at least one so-called high-voltage load, CH, 13. The high-voltage load may, by way of nonlimiting example, include one or more electric actuators and / or a starting system auxiliary power unit known as APU for its abbreviation: Auxiliary Power Unit.
Selon l’invention, le réseau 1 comprend un convertisseur continu/continu DC/DC 3 permettant de transférer l’énergie du réseau continu haute tension HVDC vers une charge 4, dite basse tension, et vers une batterie 5. La charge basse tension 4 peut par exemple comprendre un ou plusieurs calculateurs avioniques, une ou plusieurs autres charges situées dans le cockpit ou en cabine comme des éclairages du cockpit et de la cabine, un ou plusieurs appareils multimédia situés en cabine.According to the invention, the network 1 comprises a DC / DC converter 3 making it possible to transfer the energy of the HVDC high-voltage network to a load 4, called a low-voltage load, and to a battery 5. The low-voltage load 4 can for example include one or more avionics computers, one or more other loads located in the cockpit or cabin as lighting cockpit and cabin, one or more multimedia devices located in the cabin.
En variante, le réseau peut comprendre plusieurs convertisseurs DC/ DC permettant de transférer l’énergie du réseau continu haute tension HVDC ou de réseaux continus haute tension respectifs vers des charges basse tension et vers des batteries respectives. Le réseau 1 comprend alors plusieurs charges et plusieurs batteries.Alternatively, the network may include a plurality of DC / DC converters for transferring power from the high voltage HVDC network or respective high voltage DC networks to low voltage loads and respective batteries. The network 1 then comprises several charges and several batteries.
Le convertisseur DC/DC 3 comprend au moins trois ports ou voies A, B, C dont un premier port A est relié au réseau continu haute tension HVDC 10, dont un deuxième port B est relié à la charge 4 et dont un troisième port C est relié à la batterie 5. La charge 4 est branchée au convertisseur DC/DC 3 via un réseau d’alimentation basse tension LVDC, 6. Le convertisseur 3 est pilotable. Avantageusement, le réseau électrique comprend un contrôleur 7 pour piloter le convertisseur DC/DC 3.The DC / DC converter 3 comprises at least three ports or channels A, B, C whose first port A is connected to the high-voltage HVDC network 10, a second port B of which is connected to the load 4 and a third port C is connected to the battery 5. The load 4 is connected to the DC / DC converter 3 via a low-voltage supply network LVDC, 6. The converter 3 is controllable. Advantageously, the electrical network comprises a controller 7 for controlling the DC / DC converter 3.
Le fait de prévoir un convertisseur DC/DC 3 comprenant au moins trois ports auxquels sont branchés respectivement le réseau haute tension, la batterie et la charge permet de réguler le réseau LVDC et la tension d’alimentation de la charge basse tension 4 sur 28 Vdc uniquement en pilotant le convertisseur. La masse des câbles d’alimentation et les contraintes sur la charge sont donc moindres. En choisissant une topologie adaptée de ce type de convertisseur, il est possible, par simple pilotage du convertisseur, de secourir la charge 4 au moyen de la batterie 5 via le convertisseur en cas de panne du réseau haute tension HVDC. Il est également possible d’éviter des coupures d’alimentation de la charge basse tension 4 lors du passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement de secours et lors de la décharge de la batterie par simple pilotage d’un convertisseur de topologie adaptée. Cela signifie un coût et une complexité moindres du réseau d’alimentation. Par ailleurs, il n’est pas nécessaire de prévoir des interrupteurs mécaniques. En résumé, on peut choisir un convertisseur DC/DC comprenant trois ports reliés respectivement au réseau HVDC, à une charge 4 et à une batterie, présentant une topologie permettant de réguler le bus ou réseau basse tension continu sur 28 Vdc, de charger la batterie et d’éviter des ruptures d’énergie d’alimentation du réseau basse tension continu LVDC de façon simultanée et/ou séquentielle par simple pilotage du convertisseur. La fonction d’évitement des ruptures d’énergie d’alimentation du réseau LVDC est couramment appelée NBPT acronyme de l’expression anglo-saxonne « no break power transfer ».The fact of providing a DC / DC converter 3 comprising at least three ports to which are connected respectively the high voltage network, the battery and the load makes it possible to regulate the LVDC network and the supply voltage of the low voltage load 4 to 28 Vdc only by driving the converter. The mass of the power cables and the constraints on the load are therefore lower. By choosing a suitable topology of this type of converter, it is possible, by simple control of the converter, to rescue the load 4 by means of the battery 5 via the converter in case of failure of the high voltage network HVDC. It is also possible to avoid power cuts of the low-voltage load 4 when switching from normal operating mode to emergency operating mode and during discharge of the battery by simply controlling a suitable topology converter. . This means less cost and complexity of the power grid. Moreover, it is not necessary to provide mechanical switches. In summary, it is possible to choose a DC / DC converter comprising three ports respectively connected to the HVDC network, to a load 4 and to a battery, having a topology making it possible to regulate the bus or low-voltage DC network on 28 Vdc, to charge the battery and to avoid breaks in supply energy of the LVDC low-voltage network simultaneously and / or sequentially by simply controlling the converter. The LVDC power supply power failure avoidance function is commonly called NBPT, the acronym for the term "no break power transfer".
Avantageusement, le convertisseur est bidirectionnel en courant. Autrement dit, chacun des trois ports est bidirectionnel en courant. Cela permet notamment, par un simple pilotage du convertisseur, d’alimenter la charge et/ou la batterie au moyen du réseau continu haute tension HVDC en mode de fonctionnement normal et d’alimenter la charge et/ou le réseau continu haute tension au moyen de la batterie dans des fonctionnements de secours. La réversibilité permet la génération d’une haute tension HVDC à partir du réseau LVDC ou à partir de la batterie ce qui permet de secourir la charge haute tension CH 13 en cas de panne du réseau LVDC. Il est notamment possible de réaliser un démarrage du groupe auxiliaire de puissance si la charge comprend un APU. En l’absence de réseau HVDC, ce système APU peut être alimenté par un réseau LVDC et en présence du réseau LVDC, il peut être alimenté par le réseau HVDC. Cela est réalisé par simple pilotage du convertisseur de façon à faire circuler l’énergie dans un sens ou dans l’autre dans chacun des ports.Advantageously, the converter is bidirectional current. In other words, each of the three ports is bidirectional in current. This makes it possible, in particular by simply controlling the converter, to supply the load and / or the battery by means of the HVDC high-voltage network in normal operating mode and to supply the load and / or the high-voltage continuous network with battery in backup operations. Reversibility allows the generation of a high voltage HVDC from the LVDC network or from the battery which can rescue the high voltage load CH 13 in case of failure of the LVDC network. In particular, it is possible to start the auxiliary power unit if the load includes an APU. In the absence of HVDC network, this APU system can be powered by a LVDC network and in the presence of the LVDC network, it can be powered by the HVDC network. This is achieved by simply controlling the converter so as to circulate the energy in one direction or the other in each of the ports.
Le choix d’un des modes de fonctionnement précédemment décrit ne nécessite pas de prévoir des interrupteurs mécaniques ni un autre convertisseur ce qui limite les risques de coupure de l’alimentation de la charge et améliore la fiabilité du réseau à moindre coût.The choice of one of the previously described operating modes does not require the provision of mechanical switches or another converter which limits the risks of cutting off the supply of the load and improves the reliability of the network at lower cost.
En résumé, la bidirectionnalité en courant permet plus précisément : - de transférer l’énergie dans les deux sens entre le réseau HVDC et la batterie, ce qui permet soit d’alimenter la batterie au moyen du réseau HVDC en fonctionnement normal, soit d’alimenter le réseau HVDC et les charges branchées au réseau HVDC au moyen de la batterie en cas de panne du réseau HVDC ; - de transférer l’énergie dans le deux sens entre le réseau HVDC et la charge, ce qui permet soit d’alimenter la charge 4, dite basse tension, au moyen du réseau HVDC en fonctionnement normal, soit d’alimenter le réseau HVDC au moyen de la charge 4 en cas de panne du réseau HVDC, - de transférer l’énergie dans le deux sens entre la charge 4, dite basse tension, et la batterie 5, ce qui permet soit d’alimenter la charge 4 au moyen de la batterie 5 en fonctionnement de secours, soit d’alimenter la batterie 4 au moyen de la charge 5 si nécessaire.In summary, bidirectionality in current allows more precisely: - to transfer energy in both directions between the HVDC network and the battery, which allows either to supply the battery by means of the HVDC network in normal operation, or to power the HVDC network and the loads connected to the HVDC network by means of the battery in the event of HVDC network failure; - To transfer the energy in two directions between the HVDC network and the load, which allows either to feed the load 4, said low voltage, by means of the HVDC network in normal operation, or to supply the HVDC network to the by means of the load 4 in the event of failure of the HVDC network, - to transfer the energy in two directions between the load 4, said low-voltage, and the battery 5, which allows either to feed the load 4 by means of the battery 5 in emergency operation, or to supply the battery 4 by means of the load 5 if necessary.
Ces transferts d’énergie peuvent être réalisés de manière quasi-constante dans tous les sens listés ci-dessus.These energy transfers can be made almost constantly in all the directions listed above.
Les sens de transferts de l’énergie sont choisis par un pilotage judicieux du convertisseur DC/DC, 3 en fonction des besoins en énergie au moyen du contrôleur 7.The energy transfer directions are chosen by judicious control of the DC / DC converter, 3 according to the energy requirements by means of the controller 7.
En variante, au moins le troisième port C est bidirectionnel en courant. Cela permet d’alimenter la charge 4 au moyen de la batterie 5 en cas de panne du réseau HVDC.Alternatively, at least the third port C is bidirectional current. This allows to feed the load 4 by means of the battery 5 in case of failure of the HVDC network.
Avantageusement, le convertisseur comprend une isolation galvanique permettant d’isoler galvaniquement les trois ports A, B, C les uns des autres. L’isolation galvanique entre les ports alimentant la batterie 5 et la charge 4 permet, par un simple pilotage du convertisseur DC/DC, de réguler la tension du réseau ou bus basse tension continue LVCD 6 alimentant la charge 4 sur 28 Vdc quelque soit l’état de charge de la batterie 5 sans tenir compte de l’état de charge de la batterie 5. En effet, cette isolation permet de régler le rapport entre les tensions imposées au niveau des différents ports. L’isolation galvanique permet également de réguler le réseau basse tension continu LVDC sur 28 Vdc quelque soit le niveau de tension du réseau haute tension continu HVDC qui peut varier énormément dans le domaine aéronautique.Advantageously, the converter comprises a galvanic isolation for galvanically isolating the three ports A, B, C from each other. The galvanic isolation between the ports supplying the battery 5 and the load 4 makes it possible, by a simple control of the DC / DC converter, to regulate the voltage of the LVCD 6 low-voltage bus or network supplying the load 4 to 28 Vdc, regardless of the state of charge of the battery 5 without taking into account the state of charge of the battery 5. In fact, this insulation makes it possible to adjust the ratio between the voltages imposed at the different ports. Galvanic isolation is also used to regulate the LVDC low-voltage network at 28 Vdc, whatever the voltage level of the HVDC high-voltage network, which can vary enormously in the aeronautical field.
Autrement dit, la tension aux bornes de la charge 4 ne dépend pas de l’état de charge de la batterie 5. Il en résulte un gain de masse et de volume du réseau 1 car il n’est pas nécessaire de sur-dimensionner les câbles du réseau LVDC 5 si le réseau est régulé sur 28 Vdc. Par ailleurs, les contraintes sur les charges sont réduites car il est possible de réguler facilement leur tension d’alimentation sur 28 Vdc.In other words, the voltage across the load 4 does not depend on the state of charge of the battery 5. This results in a gain in mass and volume of the network 1 because it is not necessary to over-size the LVDC 5 network cables if the network is regulated to 28 Vdc. In addition, the constraints on the loads are reduced because it is possible to easily regulate their supply voltage on 28 Vdc.
Avantageusement, le réseau 1 comprend un capteur, non représenté, permettant de mesurer la tension du réseau LVDC 6, c’est à dire la tension d’alimentation de la charge 4. Avantageusement, le contrôleur 7 est configuré pour piloter le convertisseur DC/DC de sorte à réguler la tension du réseau d’alimentation LVDC sur 28 Vdc à partir des mesures issues du capteur.Advantageously, the network 1 comprises a sensor, not shown, for measuring the voltage of the LVDC network 6, that is to say the supply voltage of the load 4. Advantageously, the controller 7 is configured to drive the DC converter / DC to regulate the voltage of the LVDC supply network to 28 Vdc from measurements from the sensor.
Avantageusement, le réseau 1 comprend un détecteur, non représenté, permettant de détecter une coupure du réseau HVDC. Ce détecteur comprend par exemple un capteur de courant et/ou un capteur de tension pour mesurer le courant, respectivement la tension, d’alimentation du réseau HVDC. Avantageusement, le contrôleur est configuré pour piloter le convertisseur de sorte à alimenter la charge et/ou le convertisseur DC/DC au moyen de la batterie, via le convertisseur DC/DC, en cas de coupure du réseau HVDC.Advantageously, the network 1 comprises a detector, not shown, for detecting a cut in the HVDC network. This detector comprises for example a current sensor and / or a voltage sensor for measuring the current, respectively the supply voltage, of the HVDC network. Advantageously, the controller is configured to drive the converter so as to supply the load and / or the DC / DC converter by means of the battery, via the DC / DC converter, in case of interruption of the HVDC network.
Le convertisseur DC/DC 3 est par exemple un convertisseur tri-port mais il peut en variante comprendre plus de trois ports.The DC / DC converter 3 is for example a tri-port converter but it may alternatively comprise more than three ports.
Il existe plusieurs types de convertisseurs à isolation galvanique et bidirectionnels en courant. Avantageusement, chaque port du convertisseur DC/DC présente une topologie abaisseur-élévateur (ou buck-boost en terminologie anglo-saxonne) ce qui permet à chaque port de rehausser ou d’abaisser la tension qui lui est fournie en entrée afin d’alimenter un des autres ports. Dans des variantes moins avantageuses, au moins un port est seulement abaisseur ou seulement élévateur.There are several types of converters with galvanic and bidirectional current isolation. Advantageously, each port of the DC / DC converter has a step-up topology (or buck-boost in English terminology) which allows each port to raise or lower the voltage supplied to it as input to power one of the other ports. In less advantageous variants, at least one port is only step-down or only lift.
Avantageusement, le convertisseur 3 est un convertisseur actif ou à ponts actifs. Dans le cas d’un convertisseur actif tri-port, on parle d’un TAB en référence à l’expression anglo-saxonne Triple Active Bridge. Par convertisseur actif, on entend un convertisseur dont les interrupteurs formant les ponts sont des interrupteurs commandables par opposition à des éléments passifs tels que des diodes. Ce type de convertisseur permet, en commandant les interrupteurs commandables, d’optimiser les performances du convertisseur et notamment de maximiser son rendement en fonction des différents points de fonctionnement.Advantageously, the converter 3 is an active converter or active bridges. In the case of an active tri-port converter, we speak of a TAB with reference to the English expression Triple Active Bridge. Active converter means a converter whose switches forming bridges are controllable switches in opposition to passive elements such as diodes. This type of converter makes it possible, by controlling the controllable switches, to optimize the performance of the converter and in particular to maximize its efficiency as a function of the different operating points.
Avantageusement, au moins les trois ports A, B, C et de préférence tous les ports du convertisseur, sont identiques ce qui permet de limiter les tests à réaliser sur le convertisseur pour gérer le pilotage du convertisseur.Advantageously, at least the three ports A, B, C and preferably all the ports of the converter are identical, which limits the tests to be performed on the converter to manage the control of the converter.
Le convertisseur peut comprendre plus de trois ports. Il comprend alors plus de deux enroulements secondaires. Chaque port supplémentaire peut être relié à une charge basse tension via un réseau LVDC, à un réseau HVDC ou à une batterie.The converter may include more than three ports. It then comprises more than two secondary windings. Each additional port can be connected to a low voltage load via a LVDC network, to an HVDC network or to a battery.
Sur la figure 3, on a représenté un exemple de triple active bridge TAB. Ce convertisseur 3 comprend 3 voies ou ports A, B, C, identiques. Les ports sont reliés au moyen d’un transformateur 20 à trois enroulements 21, 22, 23.In Figure 3, there is shown an example of triple active bridge TAB. This converter 3 comprises 3 channels or ports A, B, C, identical. The ports are connected by means of a transformer 20 with three windings 21, 22, 23.
Chaque enroulement 21, 22, 23 est relié à un port. Le premier enroulement 21 est relié au premier port A au moyen d’une inductance L. Le premier enroulement est l’enroulement primaire du transformateur. Le deuxième enroulement 22 et le troisième enroulement 23 sont deux enroulements secondaires du transformateur et sont branchés respectivement à la charge 4 et à la batterie 5. Les rapports de transformation entre l’enroulement primaire 21 et chacun des enroulements secondaires 22, 23 sont prédéterminés. Chacun des ports ou voies 21, 22, 23 comprend un pont en H 31, 32, 33 pour contrôler la polarité aux bornes de l’enroulement correspondant 21, 22, 23. Le premier pont en H est relié au réseau HVDC via un premier condensateur Ci monté en parallèle avec le pont en H 31 et le convertisseur AC/DC. Le deuxième pont en H 32 est relié à la charge 4 via d’un deuxième condensateur C2 monté en parallèle avec le pont en H 32 et la batterie 4. Le troisième pont en H 33 est relié à la batterie 5 via un troisième condensateur C3 monté en parallèle avec le pont en H 33 et la batterie 5. Les condensateurs forment des filtres capacitifs. Les tensions première, deuxième et troisième tensions V1, V2 et V3 sont respectivement la tension du réseau HVDC, aux bornes de la charge 4 et aux bornes de la batterie 5.Each winding 21, 22, 23 is connected to a port. The first winding 21 is connected to the first port A by means of an inductor L. The first winding is the primary winding of the transformer. The second winding 22 and the third winding 23 are two secondary windings of the transformer and are respectively connected to the load 4 and to the battery 5. The transformation ratios between the primary winding 21 and each of the secondary windings 22, 23 are predetermined. Each of the ports or channels 21, 22, 23 comprises an H-bridge 31, 32, 33 for controlling the polarity across the corresponding winding 21, 22, 23. The first H-bridge is connected to the HVDC network via a first one. capacitor Ci connected in parallel with the H 31 bridge and the AC / DC converter. The second H-bridge 32 is connected to the load 4 via a second capacitor C2 connected in parallel with the H-bridge 32 and the battery 4. The third H-bridge 33 is connected to the battery 5 via a third capacitor C3 connected in parallel with the H 33 bridge and the battery 5. The capacitors form capacitive filters. The first, second and third voltages V1, V2 and V3 are respectively the voltage of the HVDC network, the terminals of the load 4 and the terminals of the battery 5.
Chaque pont en H 31, 32, 33 comprend quatre interrupteurs commandables Tj bidirectionnels en courant (i= 1 à 4 pour le premier pont 31, i = 5 à 8 pour le deuxième pont 32, et i = 9 à 12 pour le troisième pont 33). Chaque interrupteur commandable Tj comprend un transistor à effet de champ à grille isolée M plus couramment nommé MOSFET (acronyme anglais de «Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor») et une diode D. En variante les MOSFET peuvent être remplacés par des transistors bipolaires à grille isolée ou IGBT, de l'anglais Insulated Gâte Bipolar Transistor. Pour plus de clarté, les références aux interrupteurs sont disposées à côté des interrupteurs respectifs (formés par les la diode et le transistor M) sans y être reliées.Each H 31, 32, 33 bridge comprises four bidirectional current-controllable switches Tj (i = 1 to 4 for the first bridge 31, i = 5 to 8 for the second bridge 32, and i = 9 to 12 for the third bridge 33). Each controllable switch Tj comprises an insulated gate field effect transistor M more commonly known as MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and a diode D. As a variant, the MOSFETs may be replaced by bipolar gate transistors. Isolated or IGBT, English Insulated Gate Bipolar Transistor. For clarity, the references to the switches are arranged next to the respective switches (formed by the diode and the transistor M) without being connected thereto.
Le convertisseur DC/DC est commandé au moyen du contrôleur 7. Autrement dit, les interrupteurs commandables sont commandés au moyen du contrôleur. Le sens du transfert d’énergie et les rapports de tension entre les différents ports sont définis en entre chacun des ports est choisi en pilotant les interrupteurs commandables et notamment par le choix des déphasages entre les interrupteurs des différents ponts et/ou par le choix des rapports cycliques des différents interrupteurs.The DC / DC converter is controlled by means of the controller 7. In other words, the controllable switches are controlled by means of the controller. The direction of the energy transfer and the voltage ratios between the different ports are defined between each of the ports is chosen by controlling the controllable switches and in particular by the choice of phase shifts between the switches of the various bridges and / or by the choice of cyclic ratios of the different switches.
Le contrôleur 7 peut être réalisé au moyen d’éléments matériels et/ou logiciels. Il peut comprendre un ou plusieurs circuits électroniques. Il peut être réalisé sur une machine de calcul reprogrammable (un processeur ou un micro contrôleur par exemple) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, et/ ou un calculateur exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions et/ ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).The controller 7 can be realized by means of hardware and / or software elements. It can include one or more electronic circuits. It can be realized on a reprogrammable calculation machine (a processor or a microcontroller for example) executing a program comprising a sequence of instructions, and / or a computer executing a program comprising a sequence of instructions and / or on a machine dedicated calculation (for example a set of logic gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).
Le contrôleur 7 comprend au moins un support de stockage lisible par ordinateur (RAM, ROM, EEPROM, mémoire flash ou une autre technologie de mémoire, CD-ROM, DVD ou un autre support à disque optique, cassette magnétique, bande magnétique, disque de stockage magnétique ou un autre dispositif de stockage, ou un autre support de stockage non transitoire lisible par ordinateur) codé avec un programme d'ordinateur (c'est-à-dire plusieurs instructions exécutables) qui, lorsqu'il est exécuté sur un processeur ou plusieurs processeurs, pilote les interrupteurs du convertisseur.The controller 7 comprises at least one computer-readable storage medium (RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other memory technology, CD-ROM, DVD or other optical disk carrier, magnetic cassette, magnetic tape, disk of magnetic storage or other storage device, or other computer-readable non-transitory storage medium) encoded with a computer program (i.e., multiple executable instructions) which, when run on a processor or multiple processors, drive the switches of the converter.
Avantageusement, le réseau comprend plusieurs convertisseurs montés en parallèle. Autrement dit, chacun des convertisseurs montés en parallèle comprend au moins trois ports ou voies A, B, C dont un premier port A est relié au réseau continu haute tension HVDC 10, dont un deuxième port B est relié à la charge 4 et dont un troisième port C est relié à la batterie 5. Les premiers ports de chaque convertisseur sont montés en parallèle, les deuxièmes ports de chaque convertisseur sont montés en parallèle et les troisièmes ports de chaque convertisseur sont montés en parallèle. Cela permet d’augmenter la puissance de sortie des convertisseurs et/ou de remplacer un des convertisseurs par un autre en cas de défaillance d’un des convertisseurs. Avantageusement, chacun des convertisseurs montés en parallèle au moins une des caractéristiques (bidirectionnalité en courant, convertisseur actif...) décrites ci-dessus pour le convertisseur DC/DC, 3.Advantageously, the network comprises several converters connected in parallel. In other words, each of the converters connected in parallel comprises at least three ports or channels A, B, C whose first port A is connected to the HVDC high-voltage network 10, a second port B of which is connected to the load 4, and one of which Third port C is connected to the battery 5. The first ports of each converter are connected in parallel, the second ports of each converter are connected in parallel and the third ports of each converter are connected in parallel. This makes it possible to increase the output power of the converters and / or replace one of the converters with another in the event of failure of one of the converters. Advantageously, each of the converters connected in parallel to at least one of the characteristics (bidirectional current, active converter, etc.) described above for the DC / DC converter, 3.
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